山西省畜禽业发展及粪尿养分时空变异

随着国家经济的高速发展和人民饮食结构的改变,畜禽养殖业由传统粗放式向规模化、集约化快速转变,畜禽粪尿的循环利用及其对环境的风险评价值得关注.本文利用统计资料和文献数据,通过使用食物链养分流动模型(NUFER)与GIS相结合,深入分析了山西省畜禽养殖量的变化特征,模拟了畜禽粪尿的产生量及其氮、磷养分的资源量,并从时空维度评价了山西省畜禽粪尿资源量及其环境风险.结果表明： 1978-2012年,山西省畜禽粪尿的产生量由1.61×10⁷ t增加至2.75×10⁷ t,增幅达1.71倍,粪尿氮由7.74×10⁴ t增长至17.32×10⁴ t,粪尿磷则由1.09×10⁴ t增长至3.39×10⁴ t,增幅分别达到2.38和3.10倍.除养殖总量增加之外,养殖结构和养殖方式也发生了重大变化.从空间分布看,2012年山西省耕地畜禽粪尿氮、磷承载量呈现晋北、晋中和晋东南高,中北部和西南部低的分布特征,耕地畜禽粪尿养分资源承载量在空间上分布极不平衡,这是区域养殖专业化程度与农业政策共同作用的结果.因此,应通过优化生产布局和区域间养分协同管理等手段,来调控畜禽粪尿的排放与循环利用,减少污染及环境风险,以实现畜禽粪尿养分资源的高效与可持续利用.     

一株可利用甲烷的克雷伯氏菌的分离及其在甲烷检测中的应用

从山西太原水稻田土壤中,分离得到一株能以甲烷为唯一碳源和能源生长的菌株C611。通过生理生化特征及16SrDNA序列分析,该菌株初步鉴定为克雷伯氏菌(Klebsiella sp.)。采用响应面法优化了该菌株利用甲烷的培养条件,得到最佳培养条件为:温度24.4oC、接种量为6.7%、甲烷含量25%。以C611固定化细菌和溶氧响应仪为体系,采用电化学法研究了不同含量甲烷的响应时间以及溶氧变化与甲烷含量的关系。结果表明,菌株C611能利用甲烷,该反应体系对0～10%甲烷气体测定的响应时间小于100s;溶氧消耗量与通入甲烷气体含量呈线性关系,拟合系数(R2)为0.9994。以3%甲烷气体样品进行8次测量,测定平均值为3.09%,RSD为3.48%,相对误差为3%。表明该反应体系重现性良好,为该菌株进一步研究甲烷传感器奠定基础。     

晋西北不同年限小叶锦鸡儿灌丛土壤氮矿化和硝化作用

利用PVC管顶盖埋管法研究了晋西北黄土高原区小叶锦鸡儿人工灌丛不同定植年限(5,10,20,30,40a)土壤氮矿化与硝化速率的动态和净矿化与硝化总量。结果表明,⑴小叶锦鸡儿灌丛土壤无机氮主要以NO_-~3-N形式存在,不同生长年限相同月份的土壤硝态氮(NO-3-N)含量分别是铵态氮(NH+4-N)含量的1.5—15.4倍;⑵土壤氮素硝化速率和矿化速率随生长年限延长而加快,30年生时达到高峰,数值达40.2,44.1 mg m~(-2)d~(-1)。从季节性变化看,7—8月份是硝化速率和矿化速率快速增长期,30年生小叶锦鸡儿灌丛土壤硝化速率和矿化速率分别达到86.9,93.1 mg m~(-2)d~(-1),显著高于其它生长年限(P0.05);(3)土壤氮素硝化与矿化总量同样随小叶锦鸡儿生长年限延长而增加,30年生时达到最高,与5年生相比,分别增加了3.7和3.1倍。(4)5—10月份小叶锦鸡儿生长期内,各年限土壤全氮量的2.3%被矿化成无机氮,其中87%最终被转化成NO-3-N形式存在于土体中。     

芦芽山鬼箭锦鸡儿灌丛营养特征及土壤养分分布规律

研究了芦芽山自然保护区亚高山草甸带鬼箭锦鸡儿（Caragana jubata）灌丛营养成分季节性变化和土壤养分分布规律．结果表明,鬼箭锦鸡儿具有很高的营养价值,粗蛋白含量达20．27％,粗纤维含量33．83％,灰分5．12％,同时含有丰富的Ca、Fe、Mn等中微量元素,是亚高山草场家畜的优质饲料来源．鬼箭锦鸡儿营养成分呈明显的季节性变化规律：从5月开始,随着灌丛生长发育,体内粗蛋白、灰分和矿质元素含量呈上升趋势,7月（开花期）达到最高,然后逐步降低．为适应海拔高、气温低、土层薄的亚高山草甸带生境,鬼箭锦鸡儿灌丛周围的土壤养分向灌丛中心聚集,灌丛中心的土壤电导率、有机质、全氮、速效磷和有效钾分别较灌丛边缘高18．8％、16．4％、18．7％、16．6％和8．4％,形成了明显的”肥岛效应”．鬼箭锦鸡儿灌丛根际土壤有机质、全氮出现富集,有效磷、速效钾和速效铁、锰在根际周围出现明显亏缺,表明鬼箭锦鸡儿具有高效固氮和吸收利用土壤养分的能力．     

晋西北黄土高原丘陵区不同土地利用方式下土壤碳氮储量

对晋西北黄土高原丘陵区杨树-小叶锦鸡儿人工林、小叶锦鸡儿人工灌丛、杨树人工林、撂荒地和农田5种土地利用方式下土壤碳氮储量进行研究.结果表明: 不同土地利用方式下土壤碳氮含量、碳氮密度和碳氮储量存在显著差异.5种土地利用方式0～20 cm表层土壤碳氮含量和碳氮密度均显著大于20～40 cm和40～60 cm土层.5种土地利用方式同一土层碳氮含量和碳氮密度大小为: 杨树-小叶锦鸡儿人工林>小叶锦鸡儿人工灌丛>杨树人工林>撂荒地>农田;0～60 cm土层土壤有机碳储量大小为:杨树-小-叶锦鸡儿人工林(30.09 t·hm^-2)>小叶锦鸡儿人工灌丛(24.78 t·hm^-2)>杨树人工林(24.14 t·hm^-2)>撂荒地(22.06 t·hm^-2)>农田(17.59 t·hm^-2);土壤氮储量与有机碳储量变化规律相似,杨树-小叶锦鸡儿人工林0～60 cm土层土壤氮储量(4.94 t·hm^-2)最高,其次是小叶锦鸡儿人工灌丛(3.53 t·hm^-2)、杨树人工林(3.51 t·hm^-2)和撂荒地(3.40 t·hm^-2),农田土壤氮储量(2.71 t·hm^-2)最低.杨树-小叶锦鸡儿人工林和小叶锦鸡儿人工灌丛是晋西北黄土高原丘陵区植被建设和生态恢复过程中较好的两种土地利用方式.     

土施L-蛋氨酸、L-苯基丙氨酸、L-色氨酸对玉米生长和养分吸收的影响

通过盆栽试验,研究了3种植物生长调节剂前体物质对玉米生长发育和养分吸收的影响,并确定了其适宜用量.结果表明,土施L蛋氨酸(L-MET)、L-苯基丙氨酸(L-PHE)和L-色氨酸(L-TRP)能不同程度地增加玉米株高、地上部和地下部干重,提高玉米根系活力、体内硝酸还原酶和过氧化氢酶的活性,促进玉米对氮、磷、钾、锌养分的吸收.在所有供试浓度中,以土施L-MET0.0185～0.185mg·kg^-1、L-PHE0.2mg·kg^-1和L-TRP0.03～0.3mg·kg^-1效果最佳,而且L-PHE和L-TRP对玉米生长的促进作用和提高养分的吸收能力均优于L-MET.     

煤矿区复垦土壤中有机肥的分解动态及其驱动因素

基于煤矿区不同复垦年限土壤,研究有机肥的分解动态及其驱动因素,可为有机肥合理施用和矿区土壤培肥提供科学依据。本研究以山西煤矿复垦区为试验平台,采用尼龙网袋填埋法,在复垦年限为1年(复垦初期阶段,R₁)、10年(复垦中期阶段,R₁₀)和30年(复垦长期阶段,R₃₀)的土壤中进行有机肥分解试验(有机肥碳量与土壤重量比例为4∶100)。供试有机肥为牛粪和猪粪,以不添加有机肥为对照(CK),填埋深度为15 cm。在填埋后的第12、23、55、218、281和365 d采集尼龙网袋样品,测定有机肥残留量、土壤微生物生物量碳(MBC)和可溶性有机碳(DOC)含量,采用方差分解分析(VPA)量化土壤性质、有机肥性质和水热条件对有机肥分解的贡献率。结果表明: 猪粪的分解速率显著高于牛粪。猪粪的腐殖化系数(46.3%)显著低于牛粪(71.7%);猪粪在复垦30年的土壤中的腐殖化系数(44.5%)显著低于复垦1年和10年的土壤(47.2%);而牛粪在3种复垦年限土壤中的腐殖化系数无显著差异。猪粪和牛粪的易分解碳库占总碳库的比例分别为52%和26%,易分解碳库分解速率常数分别为0.00085和0.00074 ℃^-1,且差异显著。在0~218 d填埋时间段内,猪粪还田对复垦土壤MBC和DOC的提升作用显著高于牛粪,在281~365 d填埋时间段内,两者差异不显著。有机肥还田下,3种复垦年限土壤中MBC和DOC的增长幅度均表现为R₁ >R₁₀ ≈ R₃₀。在土壤性质、物料性质和水热条件中,有机肥性质是其分解的主要影响因子,对有机肥分解的单独贡献率最大,为17.9%。综上,猪粪的分解受到土壤复垦年限的影响,而牛粪的分解不受土壤复垦年限的影响。在不同复垦年限土壤中,牛粪的腐殖化系数显著高于猪粪,在煤矿复垦区建议选择腐熟的牛粪进行有机肥还田,以提高土壤肥力。     

不同羽扇豆锰吸收差异及其机制探讨

以白羽扇豆(Lupinus albus L.cv.Kiev)和窄叶羽扇豆(Lupinus angustifolius L.cv.Gungurru)为材料,采用溶液培养方法,在玻璃温室条件下对2种羽扇豆在高锰(10 μmol/L)和低锰(0.5 μmol/L)环境中的锰吸收差异及其可能机制进行分析.结果表明,无论在高锰还是低锰条件下,白羽扇豆植株地上部和根系的锰吸收和转运能力、木质部和韧皮部汁液中的锰含量及低分子量有机酸含量在不同生长阶段都显著高于窄叶羽扇豆,且2种羽扇豆植株韧皮部汁液中锰含量与其低分子量有机酸含量呈显著正相关.研究发现,2种羽扇豆的吸锰能力差异与其种子大小、种子中锰含量、锰的吸收和转运能力以及木质部和韧皮部低分子量有机酸含量有密切关系;锰离子与低分子有机酸形成的可溶性有机复合体可能是促进锰在植物韧皮部转移的一个重要机制.     

固碳微生物菌株的分离鉴定及其固碳能力测定

利用微生物回收和固定CO2气体的生物固碳方法,成为解决"温室效应"这一重大环境问题的焦点,本研究目的是分离筛选固碳微生物菌株。利用无碳源无机培养基从活性污泥、沼液和设施土壤中分离筛选出以CO2为碳源的菌株24株,选取其中生长较快的8株菌进行cbbL基因、形态观察、生理生化反应测定和16S rDNA测序分析,将测序结果在BlAST数据库中比对,进行固碳菌株的分子鉴定,并对其菌体含量和RubisCO酶活性进行比较。选取RubisCO酶活性最高的菌株C2-8R,进行土壤施用试验,通过土壤RubisCO酶活性的测定,确定分离筛选的固碳菌的固碳能力。研究表明,可通过无碳源培养基进行固碳微生物菌株的筛选,筛选的固碳菌分别隶属于假单胞菌属和嗜甲基菌属,并可通过RubisCO酶活性来反映微生物的固碳能力。     

一株甲醇利用菌的分离及其在甲醇测定中的应用

【目的】筛选能够利用甲醇的微生物菌株,并将其应用于甲醇测定的初步研究中。【方法】采用富集培养及固体平板分离法分离菌株;通过生理生化特征及16S rDNA序列分析进行菌株鉴定;以固定化细胞和溶氧仪组合成测定系统,测定了不同含量甲醇的响应时间以及溶氧变化与甲醇含量的关系。【结果】从山西清徐农用沼气池中分离得到一株能以甲醇为唯一碳源和能源生长的菌株M211,通过生理生化特征及16SrDNA序列分析,该菌株被鉴定为嗜有机甲基杆菌(Methylobacterium organophilium)。传感系统在0.02%-1%(V/V)甲醇含量范围内测定,响应时间小于20 min,检出限为0.27 mg/L,溶氧消耗量同甲醇含量呈线性关系,拟合系数(R2)为0.9986。该测定体系不易受其它干扰物质影响,检测结果与实际样品浓度一致。【结论】该测定体系具有较强的选择性,及良好的重现性和稳定性,具有较好的应用前景。